O que é plasma?

O plasma é conhecido como o quarto estado físico da matéria. Trata-se de um gás ionizado, ou seja, um gás cujas moléculas tiveram seus elétrons arrancados.

Tópicos deste artigo

• 1 - Plasma na Física
• 2 - Exemplos

Plasma na Física

O plasma é um dos quatro estados fundamentais da matéria. Trata-se de um gás qualquer que teve os seus elétrons arrancados devido a um grande aumento em sua energia. Todos os gases que recebem quantidades suficientemente grandes de energia podem ter os seus átomos e moléculas ionizados, ou seja, ter os seus elétrons distanciados a ponto de eles deixarem de sofrer uma grande atração elétrica aos seus núcleos atômicos.

O plasma comporta-se, portanto, como uma “nuvem” de prótons, nêutrons e elétrons livres, diferentemente dos gases que são formados por átomos e moléculas neutras. Além disso, as partículas de carga elétrica positiva (prótons) e negativa (elétrons) do plasma atraem-se mutuamente, mas não são capazes de ligarem-se, devido à grande velocidade e agitação térmica comuns a esse estado da matéria.

Fundamentalmente, as diferenças entre um gás ordinário e o plasma dão-se por fatores como densidade, temperatura e estado de ionização, além disso, apesar de ser pouco encontrado na Terra, o plasma é o estado físico mais comum da matéria do Universo.

Veja também: Teoria cinética dos gases

A densidade de um plasma é medida pelo número de elétrons por unidade de volume, a temperatura, por sua vez, pode ser dada tanto em kelvins, quanto em elétrons-volts (uma unidade de medida para a energia cinética dos elétrons), e o estado de ionização diz respeito aos plasmas totalmente ou parcialmente ionizados.

Geralmente, é possível obter-se o plasma aquecendo um gás a temperaturas muito elevadas, como nos casos das estrelas e durante a formação das descargas elétricas (raios). Chamamos a esse tipo plasma térmico, uma vez que tanto os elétrons quanto as suas outras partículas constituintes estão sob a mesma temperatura.

Veja também: Curiosidades sobre os raios

O plasma não térmico, por sua vez, é aquele em que não há equilíbrio térmico entre os elétrons livres e as demais partículas do plasma, enquanto os elétrons movem-se a altíssimas velocidades, com temperaturas superiores a 10.000 K. Nesse tipo de plasma, as demais partículas encontram-se em temperaturas próximas à temperatura ambiente. É possível encontrá-lo nas lâmpadas de neônio e nas lâmpadas de mercúrio, por exemplo.

Como os plasmas são formados por partículas carregadas, eles podem produzir altos campos magnéticos, uma vez que estes são produzidos pela movimentação de cargas elétricas. Dizemos que quando um plasma é capaz de produzir um grande campo magnético, ele é um plasma magnetizado, como aquele presente nas estrelas.

Veja também: Plasma, o estado físico mais abundante no Universo

O movimento das partículas no interior de um plasma tende a ser menos caótico que o movimento das partículas de um gás, uma vez que a grande atuação das forças elétricas e magnéticas pode promover oscilações periódicas no plasma. O que dificulta o surgimento de colisões entre as partículas, que, quando ocorrem, produzem populações de partículas extremamente rápidas, como no caso do plasma presente na atmosfera que circunda o Sol que dá origem aos ventos solares.

Outra propriedade interessante dos plasmas é a sua alta condutividade elétrica. Em geral, pode-se considerar a condutividade dos plasmas como infinita, afinal, não há limites impostos ao transporte de cargas elétricas em meios plasmáticos. Por sua vez, os gases apresentam, via de regra, alta resistência elétrica, como no caso dos gases da atmosfera terrestre, que se transformam em plasma, permitindo a formação dos raios quando um campo elétrico superior a 30.000 kV/cm é formado nesse meio.

Exemplos

→ Auroras polares

O Sol emite uma grande quantidade de partículas eletricamente carregadas em direção à Terra, com velocidades próximas à da luz. Quando essas partículas interagem com o campo magnético terrestre, que é mais intenso nos polos Norte e Sul, elas sofrem uma deflexão e o seu movimento torna-se espiralado.

A aceleração adquirida pelas partículas do vento solar faz com que elas emitam radiação visível, dando origem ao fenômeno da aurora polar, também conhecido como aurora boreal. Por tratar-se de um fluxo de partículas livres e eletricamente carregadas, podemos afirmar que as auroras produzidas nas proximidades dos polos surgem em razão da interação do plasma solar com o campo magnético terrestre.

Veja também: Física das auroras polares

→ Lâmpadas de Mercúrio

As lâmpadas de Mercúrio são largamente utilizadas na iluminação pública. A luz gerada por esse tipo de lâmpada é emitida por um plasma de mercúrio.

Nessas lâmpadas, aplica-se uma grande diferença de potencial entre dois eletrodos, o gás argônio, presente no interior do bulbo da lâmpada, promove a formação de um arco entre os dois eletrodos. Em seguida, a resistência elétrica dos eletrodos cai, aumentando a corrente elétrica e dando início ao processo de ignição do mercúrio, que é vaporizado. Após alguns minutos, a pressão do gás de mercúrio e sua temperatura estão altas, e a emissão de luz visível apresenta o seu valor máximo.

→ Lâmpadas fluorescentes

Uma diferença de potencial alternado é aplicada nas extremidades da lâmpada que contém gases sob baixas pressões. Dessa forma, os átomos perdem parte dos seus elétrons, formando plasmas parcialmente ionizados de baixa densidade e baixa temperatura. As colisões entre os átomos emitem radiação UV, que é absorvida.

→ Lâmpadas de neon

As lâmpadas de neon contêm gás de neônio sob baixas pressões, o qual, quando sujeitos a correntes elétricas, tornam-se ionizados e emitem luz visível. As lâmpadas desse tipo são empregadas em fachadas luminosas, em faróis de automóveis e também em decorações.

Veja também: Lâmpadas fluorescentes e incandescentes

→ Raios (descargas atmosféricas)

Os raios são grandes descargas elétricas que ocorrem no ar. Durante a formação de um raio, uma grande quantidade de elétrons é conduzida pelo ar. A passagem dos elétrons faz com que o gás atmosférico passe a comportar-se como um plasma, em virtude de um repentino aumento de temperatura. O ar atmosférico é muito isolante, no entanto, sob altos campos elétricos, torna-se condutor. Nesse regime, a temperatura do plasma atmosférico pode chegar a 30.000 K.

→ Globo de plasma

Os globos de plasma são usados como decoração. São pequenas esferas de vidro que contêm alguns gases nobres em seu interior. Nos globos de plasma, uma mistura de gases em baixa pressão é estimulada por um eletrodo central de alta tensão. O grande campo elétrico no interior do globo produz campos elétricos oscilantes que ionizam o gás, que passa a emitir luz visível.

→Tokamak

O Tokamak é um dispositivo de produção de energia, trata-se de um reator experimental de fusão nuclear a frio. Em seu interior, um plasma de hidrogênio é confinado por um grande campo magnético.

Para gerar energia, o Tokamak conta com dois feixes de plasma que rotacionam em altas velocidades e em sentidos contrários, enquanto confinados em uma trajetória circular, sob a ação de um intenso campo magnético. Quando as partículas dos feixes de plasma colidem-se frontalmente, seus átomos podem fundir-se, produzindo uma enorme quantidade de energia.

→ Vento solar

O vento solar é fenômeno produzido pelo Sol. O Sol produz a sua própria energia por meio da fusão dos átomos de hidrogênio, dando origem a átomos de hélio. No entanto, algumas dessas partículas são ejetadas de sua superfície e chegam à Terra, dando origem a fenômenos como a aurora boreal.

Em termos simples, o vento solar é uma forma de plasma que é produzida pelo Sol por meio da fusão nuclear. Esse plasma viaja em velocidades altíssimas e transporta muita energia. Quando o vento solar atinge a Terra, ele pode afetar o funcionamento das telecomunicações, devido a seu intenso campo eletromagnético.

Por Me. Rafael Helerbrock